Como são produzidas as partículas que alimentam as nuvens da Amazônia

Pesquisadores do experimento GoAmazon descrevem na Nature o papel das nuvens como transportadoras de partículas entre a superfície do planeta e a alta atmosfera; novo conhecimento deve aprimorar modelos climáticos

Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Um estudo divulgado segunda-feira (24/10) na revista Nature solucionou um mistério que há mais de uma década intrigava os cientistas: a origem dos aerossóis atmosféricos que alimentam as nuvens da região amazônica em condições livres de poluição.

Essas partículas microscópicas suspensas no ar desempenham um papel fundamental para o clima, pois dão origem aos chamados núcleos de condensação de nuvens – partículas sobre as quais o vapor d’água presente na atmosfera se condensa para formar as gotas de nuvens e a chuva, explicaram os autores.

De acordo com novos resultados da pesquisa, conduzida com apoio da FAPESP no âmbito da campanha científica Green Ocean Amazon Experiment (GoAmazon), as partículas precursoras dos núcleos de condensação de nuvens são formadas na alta atmosfera e transportadas para perto da superfície pelas nuvens e pela chuva.

“Há pelo menos 15 anos temos tentado medir no solo a formação de novas partículas de aerossóis na Amazônia e o resultado era sempre zero. As novas partículas nanométricas simplesmente não apareciam na Amazônia. As medições eram feitas em solo ou com aviões voando até no máximo 3 mil metros de altura. Mas a resposta, na verdade, estava ainda muito mais no alto”, contou Paulo Artaxo, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) e coautor do artigo.

Segundo Artaxo, que coordena o Projeto Temático “GoAmazon: interação da pluma urbana de Manaus com emissões biogênicas da Floresta Amazônica”, a floresta naturalmente emite gases conhecidos como compostos orgânicos voláteis (VOCs, na sigla em inglês) – entre eles terpenos e isoprenos –, que são carregados pela convecção nas nuvens para a alta atmosfera, podendo chegar a 15 mil metros de altitude, onde a temperatura gira em torno de 55°C negativos.

“Com o frio, os gases voláteis se condensam e formam partículas inicialmente muito pequenas – entre 1 e 5 nanômetros. Essas nanopartículas adsorvem gases e se chocam umas com as outras, rapidamente coagulam e crescem até alcançar um tamanho em que podem atuar como núcleo de condensação de nuvens – em geral acima de 50 a 70 nanômetros”, explicou Artaxo.

Em altitudes elevadas, acrescentou o pesquisador, o processo de coagulação das partículas é facilitado pela baixa pressão atmosférica, baixas temperaturas e pelo grande número de partículas presentes.

“Até que, em uma determinada hora, uma dessas gigantescas nuvens convectivas gera uma forte corrente de ar com ventos descendentes e, ao precipitar, traz essas partículas para perto da superfície”, continuou Artaxo.

Achado surpreendente

Parte das medições apresentadas no artigo foi feita em março de 2014 – período de chuva na Amazônia – por um avião de pesquisa capaz de voar até 6 mil metros de altura. A aeronave, conhecida como Gulfstream-1, pertence ao Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), dos Estados Unidos.

Outro conjunto de dados foi obtido entre março e maio de 2014 no laboratório operado pelo Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (Inpa) – chamado Torre Alta de Observação da Amazônia (ATTO, na sigla em inglês), que tem 320 metros de altura e está situado na Reserva Biológica de Uatumã, uma área de floresta distante 160 quilômetros a nordeste de Manaus, onde a poluição urbana dificilmente chega.

Medições de aerossóis complementares foram feitas em um conjunto de torres situado cerca de 55 quilômetros ao norte de Manaus, conhecido como ZF2. E também na cidade de Manacapuru, a cerca de 100 quilômetros a oeste de Manaus, onde está instalada a infraestrutura do Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Facility – um conjunto móvel de equipamentos terrestres e aéreos desenvolvido para estudos climáticos, pertencente ao Departamento de Energia dos Estados Unidos.

“Para nossa surpresa, observamos que a concentração de material particulado aumentava com a altitude – quando o esperado seria uma quantidade maior próximo da superfície. Encontramos uma quantidade muito grande de aerossóis nesse limite de voo de 6 mil metros do Gulfstream-1”, contou Luiz Augusto Toledo Machado, pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) e coautor do artigo.

A observação inicial se confirmou quando, no âmbito do projeto Acridicon-Chuva, coordenado por Machado e apoiado pela FAPESP, foram feitas novas medições com uma aeronave de pesquisa alemã capaz de voar até 16 mil metros de altitude. O avião denominado Halo (High Altitude and Long Range Research Aircraft) é administrado por um consórcio de pesquisa que inclui o Centro Alemão de Aeronáutica (DLR), o Instituto Max Planck (MPI) e a Associação de Pesquisa da Alemanha (DFG).

“Notamos que, em regiões poluídas, havia uma quantidade extremamente grande de material particulado próximo da superfície, o que não acontecia nas regiões livres de poluição. Mas, em altitudes elevadas, encontrávamos grande concentração de partículas independentemente do grau de poluição. Agora, este trabalho mostra que a chuva traz essas nanopartículas para perto da superfície, onde formam novas populações de material particulado que atuam como núcleo de condensação de nuvens”, disse Machado.

Como pontuou o pesquisador do Inpe, já se sabia que a chuva limpa a atmosfera, mas não se conhecia o mecanismo pelo qual os aerossóis eram repostos. “O interessante foi ter apreendido que, ao mesmo tempo que a chuva remove os aerossóis, ela traz, em suas correntes descendentes, os embriões [as nanopartículas] que, após crescerem, vão recompor a concentração de aerossóis.”

Segundo Artaxo, a observação foi surpreendente porque quando se ultrapassa a camada limite planetária – altitudes superiores a 2,5 mil metros – ocorre uma inversão de temperatura que costuma inibir a movimentação vertical de partículas. “Mas não levávamos em conta o papel das nuvens convectivas como transportadoras dos gases emitidos pela floresta”, disse.

Os estudos feitos no âmbito do experimento GoAmazon, acrescentou o pesquisador, estão demonstrando que os VOCs oriundos das plantas fazem parte de um mecanismo fundamental para a produção de aerossóis em áreas continentais.

“Os VOCs emitidos pela floresta e as nuvens fazem uma dinâmica muito peculiar e produzem enormes quantidades de partículas em altas altitudes, onde se acreditava que elas não existiriam. É a biologia da floresta atuando junto com as nuvens para manter o ecossistema amazônico em funcionamento”, ressalta Artaxo.

Esses gases, segundo o pesquisador, são jogados para a alta atmosfera, onde a velocidade do vento é muito grande, e são redistribuídos pelo planeta de forma muito eficiente. No caso da Amazônia, parte é transportada para os Andes, parte para o sul do Brasil e parte afeta a própria região da floresta tropical. “Estamos atualmente realizando trabalhos de modelagem para precisar as regiões afetadas pelas emissões de VOCs da Amazônia e transportadas pela circulação atmosférica”, contou o professor da USP.

Como era até agora desconhecido, esse mecanismo de produção de aerossóis não está contemplado em nenhum modelo climático. “É um conhecimento que terá de ser incluído, pois ajudará a tornar as simulações de chuva mais precisas”, afirmou Machado.

O pesquisador do Inpe ressaltou ainda que a descoberta só foi possível graças aos aviões de pesquisa que estiveram em Manaus por meio das parcerias firmadas no âmbito do experimento GoAmazon, uma campanha internacional do Departamento de Energia dos Estados Unidos conduzida em parceria. “O Brasil ainda não tem uma aeronave laboratório desse porte, o que seria fundamental para o avanço de pesquisas atmosféricas”, disse.

Além do Acridicon-Chuva, coordenado por Machado, e do Projeto Temático coordenado por Artaxo, conta ainda com apoio da FAPESP o projeto “Pesquisa colaborativa Brasil-EUA: modificações causadas pela poluição antrópica na química da atmosfera e na microfísica de partículas da floresta tropical durante as campanhas intensivas do GoAmazon”, coordenado por Henrique de Melo Jorge Barbosa, pesquisador do IF-USP.

O artigo Amazon boundary layer aerosol concentration sustained by vertical transport during rainfall  pode ser lido em http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature19819.html.